水產養殖循環水系統研發及應用

林靖 饒秋華 劉洋 柯文輝 阮章邦 羅土炎

摘 要：使用封閉循環水養殖系統與傳統養殖系統分別養殖某種魚，比較了養殖1年后兩種系統中魚的成活率、餌料轉化率、細菌性疾病發生次數、寄生蟲疾病發生次數、產品產出等指標。結果表明，封閉式循環水養殖比傳統養殖用水量減少了6～7倍、發病次數減少1～3次、用藥量減少10%～30%、成活率增加了8%、轉化率增加了8%，產品產出多了16.9%。因此，產品優質安全、病害少、密度高、養殖生產不受地域或氣候的限制和影響，資源利用率高。使用封閉水產品循環水養殖系統采取集約化生產方式，減少了人力成本，降低了餌料系數，是高投入、高產出、低風險，實現水產養殖業可持續發展的重要途徑。

關鍵詞：循環水養殖系統;養殖效率;資源節約;實用性

中圖分類號：S 96 文獻標志碼：A 文章編號：0253-2301（2021）01-0032-09

DOI：10.13651/j.cnki.fjnykj.2021.01.006

Abstract：In this study， the closed recirculating aquaculture system and traditional aquaculture system were used to raise some kind of fish， respectively. The indicators such as the survival rate， feed conversion rate， the occurrence frequency of bacterial disease， the occurrence frequency of parasitic disease， and the product output of fish in the two systems were compared after being cultured for 1 year. The results showed that compared with the traditional aquaculture， the water consumption of closed recirculating aquaculture was reduced by 6-7 times， the incidence of disease was reduced by 1-3 times， the drug dosage was reduced by 10%-30%， the survival rate was increased by 8%， the conversion rate was increased by 8%， and the product output was increased by 16.9%. Therefore， the products cultured in this way were of high quality and safety， with few diseases and high density. Besides， the aquatic production was not restricted and affected by region or climate， and the utilization rate of resources was high. The closed recirculating aquaculture of aquatic products adopted the intensive production mode， reduced the human cost and feed coefficient， which was an important way to achieve the sustainable development of aquaculture industry with high input， high yield and low risk.

Key words：Recirculating aquaculture system; Breeding efficiency; Resource saving; Practicability

我國水產品總產量自1990年起一直位居世界第1位，2015年達到了6699.65萬t;同時我國也是世界上唯一養殖產量高于捕撈產量的國家，2015年養殖產量4937.90萬t，占總產量的73.70%，養殖面積約846.5萬hm2[1]。伴隨著水產養殖業的發展，一方面傳統的池塘養殖全程質量控制困難，病害頻發;另一方面水資源的浪費驚人和環境污染嚴重，這些嚴重影響了現代水產養殖業的可持續健康發展，實際上這也是目前制約我國水產養殖業快速高效發展的瓶頸問題[2]。因此，探究循環式工廠水產養殖先進技術及手段，創造養殖水生動物良好生態環境，以不受外界環境制約，最終實現高品質、高效率生產及養殖環境生態保護，并極大提高養殖資源利用率及養殖產品質量安全已成為國內外生態養殖可持續發展的重要研究方向和熱點。

我國是世界上最早從事水產養殖的國家之一，南方的“魚塭”和北方的“港養”方式已經存在了數百年之久[3]。中國的池塘綜合養殖（池塘生態養殖）歷史悠久， 經驗豐富，但是長期以來傳統的池塘養殖全程質量控制艱難、病害頻發、水資源浪費驚人和環境污染嚴重，由于以上諸多因素影響，養殖產業發展緩慢[4]。因此設計一種新型的養殖模式改變傳統養殖模式的弊病十分迫切。循環式工廠化水產養殖模式在國外開始于20世紀60年代，具有代表性的是日本的鰻魚生產產業、生物包靜水生產系統和歐洲組裝式多級靜水系統[4]，此后澳大利亞出現了一種一體化循環式工廠化養魚模式，將養魚池和水處理系統分成兩個模式。20世紀80年代，我國計劃引進歐洲的循環式工廠化水產養殖模式，但是因為諸多原因，該計劃擱置，之后我國開始自主研發適合我國國情的循環水養殖設施和裝備，在基礎的設備上，逐步完善養殖技術和養殖工藝[4-5]。工廠化循環水養殖模式是建立在生物學、環境科學、機電工程、信息科學、建筑科學等多學科發展的基礎上建立的，是多學科的應用和交匯。具體的工作流程就是工廠化養殖循環水處理控制系統將養殖池中需要更換的劣質水通過循環水處理后，成為符合養殖水質要求的“新水”，從而實現高密度養殖和全年、反季節生產。在整個循環水處理系統中，養殖池中被置換出的廢水首先進入一級凈化池，將殘餌、糞便等固體和高濃度的雜物分離出去，減輕生物處理負荷[6]。

同時，選別系統還具有以下優點：操作平臺上還布設有出水管，出水管的出水口伸入分魚口內，用于對送魚漏斗內的魚注水潤滑。魚進入送魚漏斗后要順著排魚管再進入各級養殖池，設置出水管，并且出水口對著送魚漏斗注水，可以避免魚在送魚漏斗和排魚管內移動時由于缺水和互相碰撞、進而出現魚體的破皮等損傷現象，降低魚的損傷和后續養殖時疾病感染率。分魚口的數量為1～4個。與選別池中選別的規格種類相對應，分魚口的數量設置為1～4個，可以滿足多數養殖需求，在選別池內將1～4種規格的魚分選出來后，裝入吊籃由起吊裝置吊起，傾倒入不同分魚口經排魚管送入對應的不同規格養殖池，實現分選后繼續養殖;或者吊起后直接裝車運輸上市銷售。選別器包括1～4個選別篩和1～4個出魚口。1～4個選別篩的篩孔對應要選別魚的規格，更加優選的實施例中，選別器的選別篩是可拆卸更換的，配備超過4個不同大小篩孔的選別篩，然后根據實際需要選擇使用。出魚口則由上述網兜連接，承接選別后不同規格的魚，然后裝入吊籃，起吊，送至不同規格養殖池繼續養殖或裝車運輸進入銷售市場。所述吊籃包括網布、開口、掛鉤和框架，所述網布圍合固定在框架周緣和底部，框架上端的網布邊緣與框架形成吊籃的開口，掛鉤連接于開口的兩側。吊籃的整體可以是竹質、木質、金屬材質或尼龍網布等，但優選具有一定彈性和柔韌性的網布與具有一定承重力和韌性的竹質框架圍合成的吊籃，這樣也能夠對魚體有更好的保護效果。

1.4 排污溝的設計

排污溝的作用在于定期清運排污管排出的養殖單體底部沉積的污物，或者對養殖水產品進行選別、運輸需要的排魚。排污管設置于第一沉淀池、固液分離機、第二沉淀池和生物凈化池的底部，用于排出循環水處理系統收集的污染物。在排污溝與選別池的連接處設置有轉向閥，轉向閥用于控制排污溝排污或者排魚的功能。因此，排污溝內側壁涂覆有光滑的環保涂料，底壁設置5°～15°的傾斜，也是為了使污物能更順利徹底地排出而不殘留在排污溝內造成堵塞或不對養殖水產品造成損傷。排污溝在需要排魚時通過轉向閥的轉向控制也承擔著排魚道的任務，這種運輸方式與傳統的人工挑送方式相比能有效減少魚類因選別造成的生物應激反應和魚體擦刮損傷，選別后魚類生理機能恢復快，減少疾病發生，提高生產效率，同時運輸效率高，減少勞動力需求。

在圖2中，養殖單體101之間由鋪設好的水泥路和格子板間隔，格子板下設置有進水管、回水渠、排污溝（排魚道）、輸氧管（用于輸送液態氧或空氣中的氧氣）。這樣做的好處在于不用為管道的鋪設額外占用更大面積的占地，精簡和優化了整個循環水養殖系統的結構，并且可以在水泥路和格子板中間設置車道，方便運送飼料及生產物資，整個養殖系統的布局更加緊湊美觀、功能單元清晰。

1.5 輸水系統的設計

輸水系統包括循環水泵、進水管和回水渠。在目前的封閉循環水養殖系統中采用的循環水泵功率基本上在15 kW以上，如常見的功率為20 kW的循環水泵，以期用1～2臺以上所述的大功率水泵對循環水進行泵送。但這樣做的風險可能有：不能精準調節養殖水體日循環次數，浪費能耗，且水泵損壞后維修時影響封閉循環水養殖系統的正常運行。因此，本研究中選用功率較小的多臺循環水泵工作，例如采用但不限于采用功率為4 kW以上的小循環水泵。優選地，循環水泵的數量為3～8個，這樣做的好處在于可以靈活機動地視養殖系統水體質量好壞和系統內養殖水產品存塘量的不同調整使用水泵的數量，精確控制養殖水體日循環次數，從而節約電力能耗，降低生產成本。

1.6 光電的設計

本研究中的循環水養殖系統電動采光控制系統，通過此系統調節所述水產品循環水養殖系統內的光照強度、溫度和水體藻類濃度，對整個系統的水質和水產品生長起到良好的生態調控功能。大棚還包括采光系統，采光系統包括傳動軸、光感探測器、控制系統、透光板和遮光板，且傳動軸、光感探測器、控制系統和遮光板為電連接。傳動軸、光感探測器、透光板和遮光板設置于大棚頂部，遮光板設置于透光板上方。透光板為一個或多個透明的板，遮光板為不透光材料制備的窄條狀板，且遮光板、透光板分別與傳動軸相鉸接形成雙層開合結構。

本實施方式還對現有的水產品循環水養殖系統進行改進，在整個系統所依托的大棚頂部設置可調節的采光系統（未標注），依據水產品養殖的不同階段需要調節養殖系統內的光度和溫度，在大棚頂部適當位置設置傳動軸、光感探測器、遮光板和透光板等設施。在不同的實施例中，透光板可以為一個或多個分布于不同位置的透明板，遮光板為不透光材料制備的窄條狀板或與透光板相同大小的不透光板，且遮光板、透光板分別與傳動軸相鉸接形成雙層開合結構。由光感探測器接收光信號傳遞給控制系統，由控制系統根據預設的光數據程序生成動作指令發給傳動軸，傳動軸接收控制系統的指令，使遮光板沿其進行不同角度的旋轉運動調節光線的明暗程度。

1.7 其他設計

水產品循環水養殖系統還包括羅茨鼓風機、納米管、曝氣設備和輸氧管，輸氧管用于輸送液態氧或空氣中的氧氣至各個養殖單體和生物凈化池中。輸送液態氧或空氣中的氧氣的兩個管路共用，平時與曝氣設備管路相接通，當需要用液態氧時導入液態氧即可。當魚類處于病害感染初期，水中溶氧量保持在8 mg·L-1以上對于魚體的恢復健康狀態有很好的幫助。魚類輸氧管輸送液態氧提供了曝氣增氧方式所不具備的以下優點：（1）曝氣增氧提供給水體和水產品的氧氣量有限，輸氧管輸送液態氧能更加機動地供應給水體和水產品基體對氧氣的需求量;（2）在停電或備用電源處于維修狀態無法提供曝氣增氧時，能夠提供整個水產品循環水養殖系統所需氧氣;（3）在某個養殖單體或養殖區水產品爆發病蟲害，需增強機體抵抗力時，給予應急增氧，能夠顯著提高養殖水產品的疾病抵抗力和生存率。其中所述水產品循環水養殖系統還包括羅茨鼓風機、納米管、曝氣設備、輸氧管601，其中，羅茨鼓風機、納米管、曝氣設備為常規的使用方法，所述輸氧管601用于輸送液態氧或空氣中的氧氣至各個養殖單體和生物凈化池中（圖7）。

1.8 工作流程

水產品循環水養殖系統工作流程參照圖2，近端養殖區10由靠近生物凈化池的4口養殖單體101組成，遠端養殖區由遠離生物凈化池的4口養殖單體101組成，在養殖區的各養殖單體101構筑物內飼養適當密度的水生動物。三級生物凈化池的上出水口304由進水管302連接至近端養殖區，下出水口305由進水管302連接至遠端養殖區。開啟閥門，使生物凈化池204內的凈水經由管道進入進水管302，進水管302在各養殖單體101處由管道連接至養殖單體101的進水口，上下出水口的水流量、流速可以通過閥門（未標注出）控制。日常養殖管理過程中，排污口401和回水口403不關閉。若在養殖過程中，發現某一養殖區養殖水產品達到上市標準需要裝車外運或者需要對養殖區內的魚進行選別，則關閉排污口401的控制閥門，開啟養殖單體的排魚口402，養殖水產品由排魚口402經排魚管602流入排魚道（即排污溝306）進入選別池5。養殖過程中可以在不同的時間或根據氣候情況調節采光系統，由光感探測器接收光信號傳遞給控制系統，由控制系統根據預設的光數據程序生成動作指令發給傳動軸，傳動軸接收控制系統的指令，帶動遮光板沿其發生一定角度的旋轉運動調節光線的明暗程度。在第一沉淀池201內，較大的顆粒雜質得到沉淀去除，出水進而進入固液分離機202，固液分離機202內80目的分離篩將粒徑大于0.2 mm的懸浮雜質粒子篩除掉，上清液進入第二沉淀池203進行進一步絮凝沉降處理。出水進入生物凈化池204，并經紫外線殺菌裝置205處理之后，再經水質測試達到標準后按照上出水口-近端養殖區、下出水口-遠端養殖區進行水的泵送。循環水處理系統各構筑物排除的濃稠污染物定期經吸污泵吸出收集外送。冬天養殖或處于魚苗養殖期時，為使本發明提供的水產品循環養殖系統具有更強的保溫功能，開啟額外配備的電鍋爐加熱系統進行加熱保溫。

2 養殖對比試驗

本試驗從2018年6月1日開始，至2019年6月1日結束，在福建省三明市清流縣某大型養殖場進行。選擇工廠化養殖模式養殖池20000尾，封閉式循環水養殖池20000尾，平均為20 g·尾-1進行養殖對比試驗。

封閉式循環水養殖系統是以工業化手段主動控制水環境，水資源消耗小、工廠化養殖模式養殖的水排放量為封閉式循環水養殖模式水排放的6～7倍。占地少、循環水養殖過程中使用的生態制劑，即減少了對水體及周邊環境污染，又解決生產過程中抗藥性增強、藥物殘留等問題。養殖過程中封閉式循環水養殖比傳統養殖發病次數減少1～3次，用藥量減少10%～30%，產品優質安全、病害少、密度高、養殖生產不受地域或氣候的限制和影響，資源利用率高，是高投入高產出，低風險實現水產養殖業可持續發展的重要途徑。封閉式循環水養殖采取集約化生產方式，減少了人力成本，降低了餌料系數。

3 結論與展望

本研究提供的水產品循環水養殖系統雖然結構緊湊、占地少，但是比現有的循環水養殖系統具備更大的養殖容量，對循環水處理系統的處理能力和養殖容量進行了科學合理的配置，結合水質、光線、溫度、水產品狀況實施了實時監測和調控，能使養殖效率和土地、水資源的價值最大化。同時由于對循環水泵、進水管、回水渠等進行了相應的節能環保處理，大大降低了原來運營過程中的不可控因素，增強了本實施條例中水產品循環水養殖系統的實用性。

本研究屬于水產養殖裝備領域，更具體地涉及一種水產品循環水養殖系統，包括大棚，該大棚內設置有養殖池、循環水處理系統、選別池、排污溝和輸水系統。養殖池包括養殖單體，且養殖單體的數量為1～16個，每2～4個養殖單體組合成一個養殖區，輸水系統包括循環水泵、進水管和回水渠，排污溝設置于進水管和回水渠的下部，回水渠和排污溝的內側壁均涂覆有光滑的環保涂料，且底壁均具有5°～15°的傾斜，每個養殖區設置一根進水管，養殖池、循環水處理系統和輸水系統相互接通，循環水泵的數量為3～8個。該水產品循環水養殖系統可方便地向養殖單體均勻供水，水循環效果好、養殖容量大、功能強、效率高，具有良好的經濟和社會、生態效益。

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（責任編輯：陳文靜）